前十字靱帯修復における皮質懸垂ボタン固定は、無結節アンカー縫合糸よりも優れた生体力学的特性を有する：生体力学的研究

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Mar 24, 2023

前十字靱帯修復における皮質懸垂ボタン固定は、無結節アンカー縫合糸よりも優れた生体力学的特性を有する：生体力学的研究

Rapporti scientifici Volume 13,

Scientific Reports volume 13、記事番号: 7572 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

私たちの生体力学的研究の目的は、皮質懸垂ボタンと無結節アンカー縫合糸を比較して、破壊までの荷重、剛性、周期的荷重後のギャップ形成、および前十字靱帯（ACL）修復の破壊メカニズムを評価することでした。ティールの防腐処理が施された4人の死体から得た8つの死体の膝が解剖された。標本は、皮質懸垂ボタンまたは無結節アンカー縫合糸のいずれかを使用して ACL 修復を受けるように割り当てられました。インストロン機械は周期的な荷重を再現し、ギャップの形成を決定します。トラクションは失敗するまで適用されました。両方のグループの破損までの荷重、剛性、および破損モードが記録されました。スチューデントの t 検定を使用して、破壊荷重、剛性、ギャップ形成を 2 つのグループ間で比較しました。皮質懸垂ボタン群の平均破損荷重は、無結節アンカー縫合糸群よりも有意に高かった（212.96 ± 54.57 対 44.57 ± 20.80、p 値 < 0.01）。皮質懸垂ボタン群と無結節アンカー縫合糸群との間で、周期的荷重後のギャップ形成および剛性に関して統計的に有意な差は見出されなかった。この生体力学的研究では、皮質懸垂ボタンを使用した ACL 修復の方が、無結節アンカー縫合糸を使用した ACL 修復に比べて破損までの負荷が高いことが示されましたが、周期的負荷後のギャップ形成と剛性に関しては統計的に有意な差は見つかりませんでした。皮質懸垂ボタンと無結節アンカー縫合糸の両方の破損までの負荷は、通常の日常活動負荷を下回っています。したがって、リハビリテーション中には内部装具または外部サポートが推奨されます。

前十字靱帯（ACL）断裂は、スポーツに関連する最も一般的な膝の損傷です。米国では毎年 100,000 件から 200,000 件の ACL 損傷が発生しており、最も一般的な損傷源はサッカー、スキー、体操です。歴史的に、ACL損傷は一次ACL修復によって治療されてきました。より最近の研究では、ACL再建はACL一次修復よりも成功率が高いことが示されています。 ACL再建は現在、ACL損傷治療のゴールドスタンダードです2、3、4、5。

1895 年、Mayo Robson4 は、大腿骨付着部位で両側前十字靱帯 (ACL) 断裂の観血的一次修復を受けた 41 歳男性における前十字靱帯 (ACL) 修復の最初の記録例を報告しました。 1976 年に、Feagin と Curl3 は、観血的一次前十字靭帯修復術を受けたアスリートを対象とした研究を実施し、ほとんどの患者がスポーツに復帰できることを発見しました。しかし、5年間の追跡調査では失敗率が高く、患者の94％が不安定性を経験し、53％が再受傷を経験し、34％が2回目の外科的治療を必要とした。 Sherman et al.6 は、1991 年に 4 段階の分類システムを導入しました。タイプ 1 は、大腿骨への接続が残っていない、大腿骨付着部からの前十字靱帯 (ACL) の完全な断裂を伴います。タイプ 2 には、靱帯の 20% 未満が大腿骨付着部に付着したままである損傷が含まれます。タイプ 3 断裂は、大腿骨付着部に接続されている靱帯が 33% 未満の場合に発生します。タイプ 4 は、中間物質の断裂を指します。観血的一次前十字靭帯修復術後の61ヶ月の追跡調査が報告されており、スキー傷害、タイプ1断裂、組織の質が良好、ピボットの程度が低い22歳以上の患者において良好な結果が得られた。

一次ACL修復と比較して、ACL再建には、本来の膝運動学の喪失、固有受容感覚の喪失、変形性関節症を予防できないこと、その後の手術の難易度が高くなるなど、いくつかの欠点があります7。関節鏡手術は、手術機器の進歩に伴い、過去 10 年間で人気が高まっています。関節鏡視下ACL一次修復術はますます注目を集めており、特にシャーマン1型ACL断裂患者において、短期および中期的に良好な手術結果が得られることが報告されている8,9。

関節鏡視下前十字靱帯一次修復術を行う際、各整形外科医は独自のアプローチと縫合装置を採用しています7、10、11、12、13、14、15、16。皮質懸垂ボタンと無結節アンカー縫合糸は、最も頻繁に使用されるインプラントです。皮質懸垂ボタンは、断裂した靱帯と大腿骨の足跡の間の接続を再確立するために一部の外科医によって使用されています12、15、16。 Heusdensら。らは最近、皮質懸垂ボタンを利用した前十字靱帯（ACL）再建の2年間の追跡調査の結果を報告し、臨床転帰の大幅な向上を確認した17。一方、一部の外科医は結び目のない縫合糸アンカー 11、13、14 を利用し、その手術で有望な結果を見出しています 18、19。

しかし、皮質懸垂ボタンを用いたACL修復と無結節アンカー縫合糸を用いたACL修復術とを生体力学的に比較して、術後のリハビリテーション中に膝に加えられる力に耐えるのに十分な強度と堅牢性があるかどうかを評価することはありません。現在までに、人間の死体の膝に関する生体力学的研究は完了していません。新鮮な冷凍豚の膝を使用した研究は 1 件だけです 20。この研究の目的は、皮質懸垂ボタンと無結節アンカー縫合糸修復技術の両方を使用した ACL 修復の破損までの荷重 (N)、剛性 (N/mm)、ギャップ形成 (mm)、および破損メカニズムを決定することでした。

サンプルサイズの計算は、ブタの靭帯について行われた研究の結果に基づいています20。 Epitools (Ausvet、オーストラリア) を使用して、信頼水準 0.95、検出力 = 0.8 で合計サンプルサイズ 6、グループあたりサンプルサイズ 3 を計算しました。データの欠落または不完全を避けるために、サンプルサイズの 33% 増加が合計サンプルサイズ 8 またはグループあたり 4 のサンプルサイズに追加されました。

この研究は、チュラロンコン大学医学部の治験審査委員会（IRB No. 632/64）によって承認されました。研究で使用された死体サンプルの使用について、すべての被験者および/またはその法的保護者からインフォームドコンセントが得られました。ティールの防腐処理された死体 4 体から、8 対の死体の膝が採取されました 21、22、23。何らかの病理により膝の解剖学的構造が変化した標本は除外されました。年齢、体重、身長、性別などの死体の人口統計データは、Chula ソフト死体外科トレーニングセンターの登録簿から取得されています。本研究は、2013 年に改訂された 1975 年のヘルシンキ宣言の教義に従って実施されました。

8 つのティールの防腐処理された一対の死体の膝が準備されました 21、22、23。大腿骨と脛骨を関節線から15センチメートルのところで切断した。側副十字靱帯と後十字靱帯が剥離され、大腿骨と脛骨の間に接続されている前十字靱帯のみが残されました。タイプ 1 ACL 断裂が各死体の膝に生じました。 ACL は大腿骨付着部から剥がされ (図 1A)、皮質懸垂ボタン (CSB) または無結節アンカー縫合糸 (KAS) を使用して修復されます。

(A) シャーマン 1 型断裂をシミュレートするために、ACL を大腿骨アタッチメントから剥がしました。 (B) ACL は皮質懸垂ボタン技術で修復されました。(C) ACL は結び目のないアンカー縫合技術で修復されました。 (ACL前十字靱帯)。

ACLは、#2 HiFi縫合糸(CONMED、ニューヨーク州ユティカ)を使用してシングルループステッチで縫合しました。 ACLを縫合した後、4.5 mmのガイドリーマーを使用してACLの大腿骨フットプリントを作成しました。すべての縫合糸を大腿骨の足跡の穴に通しました。皮質懸垂ボタン (XO ボタン、CONMED、ニューヨーク州ユティカ) を、外科用結び目と 5 つのハーフヒッチを使用して、ACL 残存張力を半伸展位に保ちながら外側大腿皮質に配置しました (図 1B)。

無結節アンカー縫合技術を使用して ACL を修復するために、皮質懸垂ボタン技術を使用して ACL を縫合し、ACL の大腿骨フットプリントに 4.5 mm × 20 mm の穴をドリルで開けました。すべての縫合済みの四肢を無結節アンカー縫合糸 (4.5 mm PopLok、CONMED、ニューヨーク州ユティカ) のアイレットに通し、ACL 残存張力を半伸展位にして準備された ACL 大腿骨フットプリントに無結節アンカー縫合糸を挿入します。実施しました。次に、縫合糸の端を切断しました (図 1C)。

生体力学的試験は、機械的試験機 (E10000、Instron、マサチューセッツ州カントン) を使用し、脛骨を基部固定部分に取り付け、大腿骨をサーボヒドロリック試験システムに取り付けた状態で、180 度膝を立てた位置 (半立位) で試験片に対して実行されました。拡張子）（図2）。大腿骨に力を加えている間、脛骨は静止したままです。サーボヒドロリック試験システム (E10000、マサチューセッツ州カントンのインストロン) は、位置制御モードで周期的荷重を再現します。試験は、0.75 Hz、ピーク伸び 1 mm で 500 サイクルで開始されました。 500 サイクル後のギャップ形成 (塑性変形) の測定は、ピーク伸びを 1 mm から 3 mm に増加することによって完了しました。次に、ピーク伸びを 5 mm (1500 周期荷重サイクル) に増加させ、周期荷重の間 500 サイクルごとにギャップの形成を監視しました。破壊するまで５０ｍｍ／分の速度で牽引を加えた。両方のグループの破損までの荷重と、引張破損モードと主破損モードの間の剛性が測定されました。

試験機を使用した実験セットアップ (E10000、Instron、カントン、マサチューセッツ州)。

皮質懸垂ボタンと無結節アンカー縫合糸を使用した ACL 修復技術の生体力学的評価。測定された主な結果は、破損までの荷重 (N)、剛性 (N/mm)、ギャップ形成 (mm) でした。

統計分析は、Windows 用 SPSS 22.0 (IBM、米国) を使用して実行されました。スチューデントの t 検定を使用して、2 つのグループ間の破損荷重 (N)、剛性 (N/mm)、およびギャップ形成 (mm) の値を比較しました。 95% 信頼区間も両方のグループについて計算されました。有意水準は p 値 ≤ 0.05 に設定されました。

標本のうち 8 つ (各グループの各死体からの 1 つの膝) は 4 つの死体から採取されました。死体の平均年齢は 68.00 ± 17.40 歳、平均体重は 65.00 ± 10.80 kg、平均身長は 171.25 ± 12.50 cm でした。標本は雄 3 頭、雌 1 頭であった。人口統計データの詳細を表 1 に示します。

1、3、および5 mmのピーク伸長で、CSBグループの平均ギャップ形成はそれぞれ0.96 ± 0.18 mm、2.14 ± 0.71 mm、および3.92 ± 0.41 mmでした。比較すると、1、3、5 mm での KAS グループの平均ギャップ形成は、それぞれ 1.03 ± 1.09 mm、2.51 ± 0.75 mm、および 4.41 ± 0.71 mm でした。 5 mm までの各サイクル終了時の周期データでは、CSB グループと KAS グループの間に有意差はありません (表 2)。サイクル負荷中に、どの試験片も破損しませんでした。その結果、すべての試験片は最終的な引張破壊試験を受けました。

CSB グループの平均破壊荷重と剛性は、それぞれ 212.96 ± 54.57 N と 34.83 ± 9.40 N/mm でした。 KAS グループの平均破壊荷重および剛性は 44.57 ± 20.80 N および 28.76 ± 14.48 N/mm でした。 CSB グループと KAS グループの間には、負荷対故障率に有意な差がありました (p 値 < 0.01) (表 3)。

ボタン部分の結び目の滑りにより、CSB グループ全体が失敗しました。 KAS グループの 3 つの標本はアンカーからの縫合糸の滑りにより失敗しました。もう 1 例は、中程度の ACL 断裂により失敗しました (表 4)。

発表されたメタ分析では、ACL修復後の合併症が最小限で機能スコアが高いことが判明しましたが、追跡期間が短く、選択と出版バイアスの重大なリスクがあるため限界があります24。一部の研究では、青少年は活動性が高く、スポーツへの早期復帰が原因で再破裂のリスクが高いことも判明しています25,26。我々は、皮質懸垂ボタンと無結節アンカー縫合糸によるACL修復の破壊までの荷重、剛性、ギャップ形成、および破壊メカニズムを決定するために研究を実施しました。

212.96 ± 54.57 N の値で、CSB グループの破損までの荷重が最も高かった。 CSB グループの剛性は 34.83 ± 9.40 N/mm でした。 KAS グループの平均破壊荷重と剛性は、それぞれ 44.57 ± 20.80 N と 28.76 ± 14.48 N/mm でした。 CSB グループと KAS グループの間では、平均負荷対故障率に有意な差がありました (p 値 < 0.01)。バックマイヤーら。は、新鮮な冷凍ブタの膝に関する生体力学的研究を発表し、結び目のないアンカー縫合糸、ダブルシンチ固定ループ皮質ボタン、およびシングルシンチ固定ループ皮質ボタン固定と比較した場合、調節可能なシングルシンチ皮質ボタン固定が最高の極限強度を有することを示した。人間の死体の膝に関する我々の調査結果によると、構造物の破損のほとんどは、ボタンでの結び目の滑りとアンカーからの縫合糸の滑りによって引き起こされていました。故障は修復部位に関係しないため、1 つまたは 2 つのループで ACL を縫合することが可能です。現在の生体力学では、CSB 群と KAS 群の間で周期的負荷後のギャップ形成に有意な差は見出されませんでした。私たちの研究で使用された死体は高齢であり、骨の質に関する懸念が存在しましたが、実験の結果、骨の破損やアンカーの引き抜きによって破損した標本はないことが明らかになりました。これは、骨の質がまだ適切であったことを意味します。

モリソン氏は、日常生活活動中のACL負荷を分析し、通常の水平歩行では169 Nの力が発生するのに対し、階段の下りでは膝伸展機構の活性化により445 Nの力が発生することを発見しました。一方、階段を上る場合、生成される力は 100 N27,28,29 未満でした。本研究の結果に基づいて、皮質懸垂ボタンおよび無結節アンカー縫合糸による大腿骨固定の破壊荷重値は、それぞれ 212.96 ± 54.57 N および 44.57 ± 20.80 N であることがわかりました。 Masseyらによる内部ブレース増強ありおよびなしのACL修復の生体力学的研究によると、内部ブレース増強ありのACL修復の破壊までの荷重は693 ± 248 N、破壊までの荷重は279 ± 91 Nでした。増強なし30。 Kuptniratsaikul ら 12 は、縫合テープによる内部固定に匹敵する複数の高強度縫合糸で ACL を増強する外科技術を報告しました。その結果、皮質懸垂ボタンまたは無結節アンカー縫合糸を使用した大腿骨固定で ACL を修復する場合は、合成縫合糸で補強するか、内部ブレースで保護することが推奨されます。

Heusdens ら 17 は、皮質懸垂ボタンと縫合テープ増強を使用して急性近位 ACL 断裂を修復するための新しい技術の 2 年間の追跡結果を報告しました。この研究にはACL組織の質が良好な42人の患者が含まれ、組織の質が悪い患者、退縮したACL残存者、または複数の靱帯損傷のある患者は除外された。その結果、膝損傷および変形性関節症アウトカムスコア（KOOS）、ビジュアルアナログ疼痛スケール、および退役軍人ランド12項目健康調査身体スコアの大幅な改善が示され、KOOSスポーツおよびレクリエーションの下位スケールに意味のある変化が見られました。しかし、マルクス活動スケールは大幅に減少し、2 人の患者 (4.8%) が ACL 破裂を報告しました。 Jonkergouwら18は、56人の患者のコホートを対象に近位ACL断裂の無結節縫合糸アンカーを使用した関節鏡視下一次修復の結果を検討し、最低3.2年間追跡調査した。内部装具（患者 27 名）と内部装具なし（患者 29 名）を比較したところ、内部装具の有無にかかわらず、無結節縫合糸アンカーを使用した関節鏡視下一次修復は、良好な客観的および主観的転帰、および同様の転帰をもたらすことがわかりました。 Vermeijdenらは、同じコホートの研究を報告した。この研究は、関節鏡視下の一次修復術とACL再建術の後に、患者が手術後の膝関節のことをどの程度忘れているかを比較することを目的とした。一次修復を受けた患者は、再建を受けた患者に比べて、手術した膝に対する日常的な意識が少ないと報告しました。これらの所見は、30 歳以上の男性で BMI が 25 を超える患者でより顕著でした。現在、短期的には、ACL 修復の結果は修復または再建の結果と同様であると考えられています。使用される修復技術の種類に関係なく。しかし、長期的な転帰と合併症に関する証拠は限られています。

CSB のすべての例は、結び目が大腿部で滑ったために失敗しました。これは、ACL修復に皮質ボタンを選択した場合、結び目の構築が不可欠であることを意味します。一方、KAS は縫合糸とアンカー間の取り付けの安定性をより重視しました。ただし、どちらの方法も日常的なタスクには十分ではありません。したがって、手術後の最初の数週間は外部サポートを着用することをお勧めします。あるいは、ACL修復と併せて内部矯正を行うこともできます。

この研究にはいくつかの制限があります。まず、荷重は、前方への並進やピボット移動ではなく、最悪のシナリオに似て、長手方向の軸に沿って垂直に引っ張られました。第二に、この研究では、生体内靭帯と同じ弾性、色、および柔軟性を有する新鮮な冷凍死体ではなく、ティールの防腐処置済み死体が使用された。研究では、ティール防腐処理法が研究目的で靭帯を保存するのに効果的であることが示されています 21,23。第三に、我々の死体の平均年齢は68.00±17.40歳と幅が広く、これはACL修復手術が一般的に行われる若年層を適切に表すものではなく、骨や靱帯の質は以下の理由で悪化する可能性がある。年。私たちの研究の結果は、使用された死体の骨の質に関する懸念にもかかわらず、骨の破損やアンカーの引き抜きによる故障がないことは、骨の質が依然として適切であることを意味していることを示唆しています。この発見は、生体力学的研究における死体標本の使用、特に骨の質に関する懸念によりその使用が制限される可能性がある場合に重要な意味を持ちます。ただし、これらの発見を確認し、他の状況での生体力学的結果に対する骨の質の潜在的な影響を調査するには、さらなる研究が必要です。第 4 に、この研究ではサンプルサイズが小さいため、有意な差異を見つけることが制限されていました。最後に、この研究では、無結節アンカー縫合糸と皮質懸垂ボタンのメーカー 1 社 (CONMED、ニューヨーク州ユティカ) のみがテストされました。

この研究では、皮質懸垂ボタンを使用した ACL 修復の方が、結び目のないアンカー縫合糸を使用した ACL 修復と比較して、失敗までの負荷が高いことが示されました。ただし、皮質懸垂ボタンと無結節アンカー縫合糸の両方の破損までの負荷は、通常の日常の活動負荷を下回っています。リハビリテーション中は内部装具または外部サポートの使用が推奨されます。

現在の研究中に使用および分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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